Расчет свайного фундамента методика

Методика расчета свайного буронабивного фундамента с ростверком

Расчет свайного фундамента выполняется в зависимости от его типа. Важно понимать, что расчет буронабивных свай будет отличаться от вычислений для винтовых. Но во всех случаях требуется выполнить предварительную подготовку, которая включает в себя сбор нагрузок и геологические изыскания.

Изучение характеристик грунта

Несущая способность буронабивной сваи будет во многом зависеть от прочностных характеристик основания. В первую очередь стоит выяснить прочностные показатели грунтов на участке. Для этого пользуются двумя методами: ручным бурением или отрывкой шурфов. Грунт разрабатывается на глубину на 50 см больше, чем предполагаемая отметка фундамента.

Схема буронабивного фундамента

Перед тем, как рассчитать свайный фундамент рекомендуется ознакомиться с ГОСТ «Грунты. Классификация» приложение А. Там представлены основные определения, исходя из которых, тип грунта можно определить визуально.

Далее потребуется таблица с указанием прочности грунта в зависимости от его типа и консистенции. Все необходимые для расчета характеристики приведены на картинках ниже.

Глинистая почва в области подошвы сваи

Сбор нагрузок

Перед расчетом буронабивного фундамента также необходимо выполнить сбор нагрузок от всех вышележащих конструкций. Потребуется два отдельных вычисления:

• нагрузка на сваю (с учетом ростверка);
• нагрузка на ростверк.

Это необходимо потому, что отдельно будет выполнен расчет ростверка свайного фундамента и характеристик свай.

При сборе нагрузок необходимо уесть все элементы здания, а также временные нагрузки, к которым относится масса снегового покрова на крыше, а также полезная нагрузка на перекрытие от людей, мебели и оборудования.

Для расчета свайно-ростверкового фундамента составляется таблица, в которую вносится информация о массе конструкций. Чтобы рассчитать эту таблицу, можно пользоваться следующей информацией:

Конструкция	Нагрузка
Каркасная стена с утеплителем, толщиной 15 см	30-50 кг/кв.м.
Деревянная стена толщиной 20 см	100 кг/кв.м.
Деревянная стена толщиной 30 см	150 кг/кв.м.
Кирпичная стена толщиной 38 см	684 кг/кв.м.
Кирпичная стена толщиной 51 см	918 кг/кв.м.
Гипсокартонные перегородки 80 мм без утепления	27,2 кг/кв.м.
Гипсокартонные перегородки 80 мм с утеплением	33,4 кг/кв.м.
Междуэтажные перекрытия по деревянным балкам с укладкой утеплителя	100-150 кг/кв.м.
Междуэтажные перекрытия из железобетона толщиной 22 см	500 кг/кв.м.
Пирог кровли с использованием покрытия из
листов металлической черепицы и металлических	60 кг/кв.м.
керамочерепицы	120 кг/кв.м.
битумной черепицы	70 кг/кв.м.
Временные нагрузки
От мебели, людей и оборудования	150 кг/кв.м.
от снега	определяется по табл. 10.1 СП «Нагрузки и воздействия» в зависимости от климатического района

Собственный вес фундаментов и ростверка определяется в зависимости от геометрических размеров. Сначала требуется вычислить объем конструкции. Плотность железобетона при этом принимается равной 2500 кг/куб.м. Чтобы получить массу элемента, нужно объем умножить на плотность.

Каждую составляющую нагрузки нужно умножить на специальный коэффициент, который повышает надежность. Его подбирают в зависимости от материала и способа изготовления. Точное значение можно найти в таблице:

Тип нагрузки	Коэффициент
Постоянная для: — дерева — металла — изоляции, засыпок, стяжек, железобетона — изготавливаемых на заводе — изготавливаемых на участке строительства	1,1 1,05 1,1 1,2 1,3
От мебели, людей и оборудования	1,2
От снега	1,4

Расчет сваи

На этом этапе вычислений необходимо определиться со следующими характеристиками:

• шаг свай;
• длина сваи до края ростверка;
• сечение.

Чаще всего размеры сечения определяют заранее, а остальные показатели подбирают исходя их имеющихся данных. Таким образом, результатом расчета должны стать расстояние между сваями и их длина.

Всю массу здания, полученную на предыдущем этапе, требуется разделить на общую длину ростверка. При этом учитываются как наружные, так и внутренние стены. Результатом деления станет нагрузка на каждый пог.м фундаментов.

Несущую способность одного элемента фундамента можно найти по формуле:
P = (0,7 • R • S) + (u • 0,8 • fin • li), где:

• P — нагрузка, которую без разрушения выдерживает одна свая;
• R — прочность почвы, которую можно найти по таблицам, представленным ниже после изучения состава грунта;
• S — площадь сечения сваи в нижней части, для круглой сваи формула выглядит следующим образом: S = 3,14*r2/2 (здесь r — это радиус окружности);
• u — периметр элемента фундамента, можно найти по формуле периметра окружности для круглого элемента;
• fin — сопротивление почвы по боковым сторонам элемента фундамента, см. таблицу для глинистых грунтов выше;
• li — толщина слоя грунта, соприкасающегося с боковой поверхностью сваи (находят для каждого слоя почвы отдельно);
• 0,7 и 0,8 — это коэффициенты.

Шаг фундаментов рассчитывается по более простой формуле: l = P/Q, где Q—это масса дома на пог.м фундамента, найденная ранее. Чтобы найти расстояние между буронабивными сваями в свету, из найденной величины просто вычитают ширину одного элемента фундамента.

При выполнении расчетов рекомендуется рассмотреть несколько вариантов с разными длинами элементов. После этого будет легко подобрать наиболее экономичный.

Армирование буронабивных свай выполняется в соответствии с нормативными документами. Арматурные каркасы состоят из рабочей арматуры и хомутов. Первая берет на себя изгибающие воздействия, а вторые обеспечивают совместную работу отдельных стержней.

Каркасы для буронабивных свай подбираются в зависимости от нагрузки и размеров сечения. Рабочая арматура устанавливается в вертикальном положении, для нее используют стальные стержни D от 10 до 16 мм. При этом выбирают материал класса А400 (с периодическим профилем). Для изготовления поперечных хомутов потребуется закупить гладкую арматуру класса А240. D = минимум 6-8 мм.

Сортамент стальной арматуры

Каркасы буронабивных свай устанавливаются так, чтобы металл не доходил за край бетона на 2-3 см. Это нужно для обеспечения защитного слоя, который предотвратить появление коррозии (ржавчины на арматуре).

Размеры ростверка и его армирование

Элемент проектируется так же, как и ленточный фундамент. Высота ростверка зависит от того, насколько нужно поднять здание, а также от его массы. Самостоятельно можно выполнить расчет элемента, который опирается вровень с землей, или немного заглублен в нее. Основа расчетов висячего варианта слишком сложна для неспециалиста, поэтому такую работу стоит доверить профессионалам.

Пример правильной вязки арматурного каркаса

Размеры ростверка вычисляются так: В = М / (L • R), где:

• B — это минимальное расстояние для опирания ленты (ширина обвязки);
• М — масса здания без учета веса свай;
• L — длина обвязки;
• R — прочность почвы у поверхности земли.

Арматурные каркасы обвязки подбираются так же, как и для здания на ленточном фундаменте. В ростверке требуется установить рабочее армирование (вдоль ленты), горизонтальное поперечное, вертикальное поперечное.

Общую площадь сечения рабочего армирования подбирают так, чтобы она была не меньше 0,1% от сечения ленты. Чтобы подобрать сечение каждого стержня и их количество (четное), пользуются сортаментом арматуры. Также необходимо учитывать указания СП по наименьшим размерам.

Рабочая арматура	длина стороны ленты 3м	от 12 мм
	Горизонтальные хомуты		от 6 мм
Вертикальные хомуты лента высотой 80 см		от 8 мм

Пример расчета

Чтобы лучше понять принцип выполнения вычислений, стоит изучить пример расчета. Здесь рассматривается одноэтажное здание из кирпича с вальмовой крышей из металлочерепицы. В здании предполагается наличие двух перекрытий. Оба изготавливаются из железобетона толщиной 220 мм. Размеры дома в плане 6 на 9 метров. Толщина стен составляет 380 мм. Высота этажа — 3,15 м (от пола до потолка — 2,8 м), общая длина внутренних перегородок — 10 м. Внутренних стен нет. На участке найдена тугопластичная супесь, пористость которой — 0,5. Глубина залегания этой супеси — 3,1 м. Отсюда по таблицам находим: R = 46 тонн/кв.м., fin = 1,2 тонн/кв.м. (для расчетов среднюю глубину принимаем равной 1 м). Снеговая нагрузка берется по значениям Москвы.

Сбор нагрузок делаем в форме таблицы. При этом не забываем про коэффициенты надежности.

Вид нагрузки	Расчет
Стены из кирпича	периметр стен = 6+6+9+9 = 30 м; площадь стен = 30 м*3м = 90 м2; масса стен = (90 м2* 684)*1,2 = 73872 кг
Перегородки изготовленные из гипсокартона не утепленные высотой 2,8 м	10м*2,8*27,2кг*1,2 = 913,92 кг
Перекрытие из ж/б плит толщиной 220 мм, 2 шт.	2шт*6м*9м*500 кг/м2 *1,3 = 70200 кг
Кровля	6 м*9 м*60 кг*1,2 /соs30ᵒ (уклон крыши) = 4470 кг
Нагрузка от мебели и людей на 2 перекрытия	2*6м*9м*150кг*1,2 = 19440 кг
Снег	6м*9м*180кг*1,4/cos30° = 15640 кг
ИТОГО:	184535,92 кг ≈ 184536 кг

Предварительно назначаем ростверк шириной 40 см, высотой 50 см. Длину сваи — 3000 мм, D сечения = 500 мм. Используем примерный шаг свай 1500 мм.
Чтобы рассчитать общее количество опор нужно 30 м (длину ростверка) поделить на 1,5 м (шаг свай) и прибавить 1 шт. При необходимости значение округляется до целого числа в сторону уменьшения. Получаем 21 шт.

Площадь одной сваи = 3,14 • 0,52/4 = 0,196 кв.м., периметр = 2 • 3,14 • 0,5 = 3,14 м.

Найдем массу ростверка: 0,4м • 0,5 м • 30 м • 2500 кг/куб.м.• 1,3 = 19500 кг.

Найдем массу свай: 21 • 3 м • 0,196 кв.м. • 2500 кг/куб.м. • 1,3 = 40131 кг.

Найдем массу всего здания: сумма из таблицы + масса свай + масса ростверка = 244167 кг или 244 тонн.

Для расчета потребуется нагрузка на пог.м ростверка = Q = 244 т/30 м = 8,1 т/м.

Расчет свай. Пример

Находим допустимое нагружение на каждый элемент по формуле указанной ранее:
P = (0,7 • 46 тонн/кв.м. • 0,196 кв.м.) + (3,14 м • 0,8 • 1,2 тонн/кв.м. • 3 м) = 15,35 т.
Шаг свай принимается равным P/Q = 15,35/8,1= 1,89 м. Округляем до 1,9 м. Если шаг получается слишком большим или маленьким, нужно проверить еще несколько вариантов, меняя при этом длину и диаметр фундаментов.

Для каркасов применяются пруты D = 14 мм и хомуты D = 8 мм.

Расчет ростверка. Пример

Нужно посчитать массу здания без учета свай. Отсюда М = 204 тонн.
Ширина ленты принимается равной М / (L • R) = 204/ (30 • 75) = 0,09 м.
Такой ростверк использовать нельзя. Свесы стен кирпичного здания с фундамента не должны превышать 4 см. Ширину назначаем конструктивно 400 мм. Высота остается равной 500 мм.

Армирование ростверка свайного фундамента:

• Рабочее 0,1%*0,4*0,5 = 0,0002 кв.м. = 2 кв.см. Здесь достаточно будет 4 стержней диаметром 8 мм, но по нормативным требованиям используем минимально возможный диаметр 12 мм;
• Горизонтальные хомуты — 6 мм;
• Вертикальные хомуты — 6 мм.

Выполнение расчетов займет определенный промежуток времени. Но с их помощью можно сберечь деньги и время в процессе строительства.

Также вы можете рассчитать фундамент при помощи онлайн калькулятора. Просто нажмите на ссылку Расчет фундамента столбчатого типа и следуйте инструкциям.

Источник

Методика проектирования свайных фундаментов

Основные положения расчета. Расчет свайных фундаментов и их оснований производят по двум группам предельных состояний: по первой группе — по несущей способности грунта основания; по устойчивости грунтового массива со свайным фундаментом; по прочности материала свай и ростверков; по второй группе — по осадкам свайных фундаментов от вертикальных нагрузок; по перемещениям свай совместно с грунтом оснований от действия горизонтальных нагрузок и моментов; по образованию или раскрытию трещин в элементах железобетонных конструкций свайных фундаментов.

Расчет по несущей способности грунтов основания заключается в выполнении условия N≤F_d/γ_k, где N — расчетная нагрузка, передаваемая на сваю, кН; F_d — несущая способность сваи; γ_k — коэффициент надежности.

Расчет свайных фундаментов по предельному состоянию второй группы (по деформациям) при действии вертикальных нагрузок производят исходя из условия s≤s_u, где s — деформация свайного фундамента (осадка и относительная разность осадок), определяемая расчетом; s_u — предельно допустимое значение деформации свайного фундамента, устанавливаемое заданием на проектирование или определяемое по СНиП 2.02.01-83* (табл. 9.2).

Расчет по перемещениям свайных фундаментов от действия горизонтальных нагрузок и моментов заключается в выполнении условий u_p≤u_u; ψ_p≤ψ_u

u_p и u_u — расчетные значения соответственно горизонтального перемещения, м, и угла поворота, рад, свайного фундамента; ψ_p и ψ_u — их предельные значения, устанавливаемые в задании на проектирование.

Расчет свай и ростверков по прочности материала производится в зависимости от применяемых материалов по соответствующим СНиПам и инструкциям.

Выбор конструкции свайного фундамента (вид свай, тип свайного фундамента и ростверка) производится исходя из конкретных условий строительной площадки, характеризуемых материалами инженерных изысканий, конструктивными и технологическими особенностями проектируемых зданий и сооружений, расчетных нагрузок, действующих на фундамент, а также на основе результатов сравнения возможных вариантов проектных решений. Тип и вид свай выбираются в зависимости от инженерно-геологических условий строительной площадки и имеющегося оборудования для устройства свайных фундаментов. Длина свай выбирается в зависимости от грунтовых условии строительной площадки и уровня расположения подошвы ростверка.

Определение числа свай в фундаменте и размещение их в плане. Центрально нагруженный свайный фундамент. Зная несущую способность сваи F_d и принимая, что ростверк обеспечивает равномерную передачу нагрузки на все сваи фундамента, необходимое число свай и в кусте определяют по формуле n=γ_kN₀₁/F_d, где N₀₁ — расчетная нагрузка на куст, кН. Число свай округляется в сторону увеличения до целого числа.

Сваи в кусте надо разместить таким образом, чтобы ростверк получился наиболее компактным, при этом сваи можно размещать по прямоугольной сетке или в шахматном порядке. Обычно расстояние между осями свай принимается а = 3d, а расстояние от крайнего ряда свай до края ростверка 1d.

После размещения свай в плане и уточнения габаритных размеров ростверка определяют нагрузку N, приходящуюся на каждую сваю, и проверяют условие , где G_f и G_g — расчетные нагрузки от веса фундамента и грунта на обрезах ростверка, кН.

Ширину ростверка ленточного свайного фундамента определяю по формуле b_p=d+2c_o+(m-1)с_р, где с₀=0,1 м — расстояние от края ростверка до грани сваи; m число рядов свай; с_р — расстояние между рядами свай, м.

Железобетонные ростверки ленточных свайных фундаментом рассчитывают как неразрезные многопролетные балки в соответствии с требованиями СНиП 2.02.01-84.

Внецентренно нагруженный свайный фундамент. Предварительное число свай при внецентренном нагружении свайного фундамента определяют, так же как и при центральной нагрузке, по формуле n=γ_kN₀₁/F_d, а затем увеличивают приблизительно на 20%. Расчетную нагрузку, приходящуюся на отдельную сваю, в общем случае, когда моменты действуют в направлении двух осей, •определяют по формуле внецентренного сжатия.

Подбор оптимального числа свай и расстояний между ними прирасчете внецентренно нагруженных свайных фундаментов значительно облегчается при использовании номограммы, разработанной институтом «Фундаментпроект». Номограмма составлена для кустов с числом свай от 3 до 26 и обеспечивает наиболее полное использование их несущей способности.

Расчет осадки свайных фундамента. Сложность определения осадки свайных фундаментов связана с тем, что они передают нагрузку на грунт основания одновременно через боковую поверхность и нижние концы свай, при этом соотношение передаваемых нагрузок зависит от многих факторов: числа свай в фундаменте, их длины, расстояния между сваями, свойств грунта и степени его уплотнения при погружении свай.

методы, основанные на полуэмпирических и эмпирических зависимостях;

методы, основанные на принципах механики грунтов и в той или иной степени упрощенные в целях их применения как для ручного счета, так и на ЭВМ;

Расчет осадок свайных фундаментов производится водится по методу условного массивного фундамента. Это означает, что сваи, грунт межсвайного пространства, а также некоторый объем грунта, примыкающего к наружным сторонам свайного фундамента, рассматриваются как единый массив АБВГ(рис. 11.17, а), ограниченный снизу плоскостью БВ, проходящей через нижние концы свай, а с боков — вертикальными плоскостями АБ и ВГ, отстоящими от наружных граней крайних рядов вертикальных свай на расстоянии с, равном c=htg(φ_II,mt/4), где h — глубина погружения свай в грунт, считая от подошвы ростверка, м; φ_II,mt — осредненное расчетное значение угла внутреннего трения грунта: φ_II,mt=∑φ_II,ih_i/∑h_i, где φ_II,i — расчетные значения углов внутреннего трения для отдельных пройденных сваями слоев грунта толщиной h_i.

Размеры подошвы условного фундамента при определении его границ по этим правилам находим по формулам b_y=a_b(m_b-1)+d+2c; l_y=a_l(m_l-1)+d+2c, где a_b и a_l — расстояния между осями свай соответственно по поперечным и продольным осям, м; m_b и m_l — количество рядов свай по ширине и длине фундамента (на рис.); d — диаметр круглого или сторона квадратного сечения сваи, м.

Расчет осадки свайного фундамента, как условного массивного выполняется теми же методами, что и расчет фундамента мелкого заложения. При этом также требуется выполнение условия, чтобы среднее давление р_II по подошве условного фундамента не превышало расчетное сопротивление грунта основания R глубине, т. е. pII=NII/Ay≤R, где А_у=b_у1_у — площадь подошвы условного фундамента, м 2 ; N_II расчетная нагрузка по второй группе предельных состояний N_II=N_0II+N_cII+N_pII+N_rII, где N_0II — расчетная нагрузка от веса здания или сооружении на уровне верхнего обреза фундамента, кН; N_cII, N_pII, N_rII — вес соответственно сван, ростверка и грунта в объеме условного фундамента АБВГ, кН.

Осадка свайного фундамента определяется, как правило, методом элементарного суммирования.

Источник